JPS63196889A - 原子炉用制御棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は原子炉出力を調整制御する原子炉用制御棒に係
り、特に艮Ｎ命を有しかつ外力に対する変形が少ない原
子炉用＄１１１１１棒に関する。

（従来の技術） 従来の沸騰水型原子炉用制御棒は、中央タイロッドに細
長いＵ字状シースを固着して形成した複数個のウィング
内に多数の中性子吸収棒を装填して構成されている。中
性子吸収棒は、例えばステンレス鋼製被覆管内に中性子
吸収材としてボロンカーバイド（Ｂ４Ｃ）粉末を充填し
て調製される。充填されたＢ４Ｃは原子炉内において中
性子を吸収して中性子吸収能力が次第に失われる。

ところで、原子炉の炉心に挿入または抜出される制御棒
はその全領域に亘って一様な中性子照射を受ｔプるもの
ではなく、例えば各ウィングの側縁領域または上端領域
は強度の中性子線を受ける。

このため、！、ＩＩ　Ｈ棒の各ウィングの側縁および上
端領域に配設した中性子吸収棒は多量の中性子を吸収し
、他領域の中性子吸収棒より早期に核的寿命を終える。

したがって、他の領域に配設された中性子吸収棒が充分
核的寿命を残しているにも拘らず制御棒を放射性廃棄物
として廃棄しな（プればならない不経済性があった。

そのような問題を解決するために強度の中性子照射を受
ける１−制御棒の領域に核的寿命が長い、例えばハフニ
ウムのような長寿命型中性子吸収体を部分的に配置した
原子炉用制御棒を本出願人は開発した。この原子炉用制
御棒は、特開昭５３−７４６９７号公報に開示されてい
る通り、通常型制御棒の２＠程度の寿命が確保された。

その後、原子炉の高燃焼度運転、長ＩＩ連続運転への移
行が希求され、ｔ、ｌＪ　１Ｂ棒の長寿命化に対する要
請も一段と高まったことに応えて、本出願人は特願昭６
１−７８７４６号明細内に記載したように飛躍的に寿命
を延伸できる長寿命タイプの原子か用制御棒を開発した
。

この原子炉用ｌ１１１ｔｌ棒は中性子吸収材として８４
Ｃを使用せず長寿命を有するハフニウム金属板等の金属
中性子吸収板をシース内に対向して配設した構造を有し
ている。

このハフニウム板トラップ型の原子か用ＩＩＩ　ｔａｎ
　１によれば、従来のように８４０を充填した被覆管を
必要とせず、長寿命を有するハフニウム板を使用してい
るため、υ１１１１棒自体の寿命は格段に延伸する。と
ころが、ハフニウムは中性子吸収能力がＢ４Ｃと比較し
てやや劣り、また比重が高いため、従来の制御棒と同等
の中性子吸収機能を確保するためには、厚いハフニウム
板を装着する必要がある。そのため、制御棒の重量が大
幅に増加し、荷重設計の変更を要することとなり、既設
の１１１ｔｉｌｌ棒駆ｖＪｍ構にそのまま採用できない
問題があった。

その問題点を解決するために、シース内に対向して配設
されるハフニウム製の中性子吸収板の間に減速材である
水を流通せしめる流路を形成して、減速材による中性子
減速効果を利用することが提案された。すなわち、流路
に水を流通せしめると水の中性子減速効果によって制御
棒の反応度価値が向上する。したがって、相対的に中性
子吸収材としてのハフニウム板の厚さを低減することが
できる。

この結果により、中性子吸収板の間に形成される流路の
幅を最大限に確保する一方、ハフニウムで形成した中性
子吸収板の厚さを極限まで低減し、制御棒の総重柑の増
加を可及的に抑制したことにより従来の制御棒駆ｅ！１
横に採用することが可能となった。

ちなみに、この原子炉用制御棒の実物大模型（モックア
ツプ）を組み込んだ臨界実験装置を使用して、機能およ
び動作状況を確認した結果、制御棒のシース内に配設し
た２枚のハフニウム製中性子吸収板の間に形成した減速
材の流路の幅が広いほど制御棒の反応度価値が上昇する
ことが実証された。すなわち、流路の幅を拡大する稈、
ハフニウム板の板厚を低減することが可能となり、制御
棒の全重量を低減する方向で検討が進められている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、ｖｌｔｌｌ棒のＵ字状シースの表面間距
離は、従来よりほぼ８＃ｌＩであり、この値以上に増加
することは炉心設計全体の変更にもつながリ、現実的に
は不可能である。一方、この厚さの範囲内で制御棒の重
量を低減するためには、シースの厚さをより薄くする必
要がある。しかし、シースの構造部材としての強度が低
下するため、例えば大地震等の発生時にＩＩＩＪＩＩｌ
ｌ棒に過大な曲げ応力が作用した場合に塑性変形を起す
可能性が増加し、制御棒の炉心への挿入に悪影響を及ぼ
すことも考えられる。すなわち、過大な曲げ応力によっ
てシースが外方に塑性変形し、対向して配設しである燃
料集合体と接触し、ｕＪ１１１棒の挿入操作に支障をき
たす可能性を完全に否定することは困難である。

また、原子炉スクラム動作の際、制御棒を態速に炉心内
に挿入する際に生じる加速度によって制御棒の軸方向に
大きな応力が作用することも考えられるが、そのような
場合でも過度の変形は許されない。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、軽量で長期の核的寿命を右する上に外力に対する
変形量が少なく、したがって、緊急時においても円清な
挿入動作が可能な原子炉用御棒を提供することを目的と
する。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る原子炉用ｌ＋制御棒は、先端構造材と末端
構造材とを中央タイロッドによって結合し、上記中央タ
イロッドの各突出部に略Ｕ字状断面を有するシースを固
設してウィングを形成し、上記シース内に板状の長寿命
型中性子吸収体を収容し、前２中性子吸収体は中央タイ
ロッドの軸方向に複数段の中性子吸収要素に分割され、
各段の中性子吸収要素は前記ウィングの肉厚方向に対向
して配設される複数の中性子吸収板で構成され、対向す
る中性子吸収板の間に減速材が流通する流路を形成する
一方、前記軸方向に隣接する中性子吸収要素の中性子吸
収板の間に形成される間隙に陥入するようにシースを内
方に向って湾曲形成した凹陥溝を各ウィングの軸直角方
向に設けたことを特徴とする。

（作用） 本発明に係る原子炉用ＩＩＩＩＩｌ棒は、シース内に板
状の長寿命型中性子吸収板を配設しているため、ｖ制御
棒の核的寿命が長い。

また、中性子吸収板はシース内の肉厚方向に対向して配
設され、その間に減速材の流路を形成しており、減速材
による中性子減速効宋を利用しているため、中性子吸収
板の厚さを低減できる。したがって、制御棒の重量増加
が抑υ１され、以設の制御棒駆動機構に適用することが
できる。

さらに、各ウィングの軸直角方向にシースを内方に向っ
Ｃ湾曲形成した凹陥溝が設けられており、制御棒に地震
等による応力が作用した場合においても、シース表面に
発生する変形は凹陥溝において吸収される。したがって
、制御棒の昇降動作に支障を生ずることがなく、常に円
滑な動作が可能となる。

（実施例） 以下、本発明に係る原子炉用制御棒の一実施例について
添付図面を参照して説明する。

第７図は本発明に係る原子か用制御棒を概略的に示す全
体斜視図であり、この原子炉用制御棒１はハンドル２を
備えた先端構造材３と末端構造材４とを横断面十字状の
中央タイ０ツド５で一体的に接合している。中央タイロ
ッド５の各突出部には深いＵ字状横断面を有するステン
レス鋼で形成したシース６が固設されてウィング７が形
成される。

上記シース６内には、ハフニウム（ｌｌｆ）金属板等を
代表とする根状の長寿命型中性子吸収体８が収容される
。

この中性子吸収体８は中央タイ０ツド５の軸方向に複数
の中性子吸収要素８ａに分割され、各段の中性子吸収要
素８ａは第８図に例示するようにウィング７の肉厚方向
に対向して配設される、例えば２枚の中性子吸収板８ｂ
で構成され、両者は複数のスペーサ９を介して一体的に
接合される。

２枚の中性子吸収板８ｂの間には、減速材が流通する流
路１０が形成される。

また、各ウィング７のシース６の軸直角方向には凹陥溝
１１が形成される。この凹陥溝１１は、第１図および第
２図に示すように軸方向に隣接する中性子吸収要素８ａ
の各中性子吸収板８ｂの間に形成される間隙Ａにシース
６を陥入するように内方に向って湾曲して形成される。

また、この凹陥溝１１は、各ウィング７の全領域のうち
上端から軸方向に等分に第１領域から第３領域までに分
割した第２領域のシース６上面に、軸直角方向（幅方向
）に少なくとも１以上設けられる。さらに、各凹陥溝１
１は、ウィング７ｆｉｌ１ｍ部に７５６ノた切欠穴１２
ａと、中央タイ［１ツドに固着するシース部分に設けた
切欠穴１２ｂとをＩＩ続するように形成される。

この凹陥溝１１を右するシース６を加工する手順は第３
図に示すように、まず展開した状態のシース素材６ａの
両縁部を切込み、切欠穴１２ａ。

１２ｂを穿設し、次に切欠穴１２ａ、１２ｂを接続する
折曲げ線Ｂ−Ｂに沿ってシース素材６ａを図の背面方向
に陥入ゼしめ、湾曲形成した凹陥溝１１を形成する。凹
陥溝１１の両端には切欠穴１２ａ、１２ｂが形成しであ
るため、折曲げ作業が容易である。さらに、切欠穴１２
ａを通る軸方向の中心線Ｃ−Ｃ１，：沿ってシース素材
６ａの両側を背面方向に深く折曲げてＵ字状のシース６
を形成する。凹陥溝１１を有するＵ字状のシース６は、
第２図に示すように中央タイロッド５の各突出部に点溶
接等によって固着される。また、凹陥溝１１は、隣接す
る中性子吸収板８ｂ、８ｂの間に形成された間隙Ａに陥
入する位置に設けられる（第５図参照）。

さらに、シース６内への減速材の流入および流出が容易
となるように、第１図に示すようにシース６表面の所定
位置に複数の通水孔１３が穿設されている。

本実施例の原子炉用１Ｉ１１ｔＩｌ棒によれば、シース
内に長寿命型中性子吸収板を配設しているためυ１１１
１棒の核的寿命が長い。また、中性子吸収板はシース内
の肉厚方向に対向して配設され、その間に減速材の流路
を形成しており、減速材による中性子減速効果を利用し
ているため、中性子吸収板の厚さを低減することができ
る。したがって、高価で重量の大きな中性子吸収板の使
用量を低減することが可能となり、制御棒の重量増加が
抑ＩＩＩされる。

さらに、各ウィングの軸直角方向にシースを内方に向っ
て湾曲形成した凹陥溝が形成されているため、巨大地震
等が発生し制御棒に過大な曲げ応力が作用した場合、ま
た軸方向に大きな加速度が働き応力が発生した場合にお
いても、シースが外方に向って膨出することがない。し
たがって、制御棒の円滑な昇降動作が可能である。すな
わち、上記ような外力が制御棒に作用した場合、シース
６に発生する変形は凹陥溝１１の湾曲面の伸縮によって
吸収されるため、外方に突出する変形が生じない。した
がって、制御棒のシースが対向する燃料集合体と接触し
て円滑な駆動が阻害されることはない。

また、凹陥溝１１は、各ウィング７の全領域を上端から
第１、第２、第３領域に等分に分割した第２ｉＪＩ域に
設けると効果的である。すなわち、地震発生時等におい
て制御棒１に作用する応力による変形は、制御棒１の軸
方向中央部の第２領域において最も大きくなるからであ
る。中央部の第２領域にのみ凹陥溝１１用の間隙Ａを設
け、中性子の照ｏｌＪ吊が大きい第１領域においては中
性子吸収板８ｂを連続的に配設しているため、第１領域
における中性子吸収能力を低下ゼしめることがない、す
なわち、原子炉停止余裕が充分に確保される。

なＪ３、第３領域においては、作用する外力が中央部は
ど大きくないため凹陥溝１１を設けるＱ義は少ない。ま
た、第２領域に設ける凹陥溝１１の数および位置は荷重
条件等を加味して決定される。

また、凹陥溝１１を設ける位置を各ウィング７毎に変え
て、ブレードの剛性を調節することもできる。さらに、
第４図に例示するように各ウィングの両面に設けられた
凹陥１Ｍ１１の位置が互いに異なるように形成すること
もできる。この場合のシース６ａの加工手順は第３図で
例示したものとほぼ同様であるが、ウィング側縁部に設
ける切欠穴１２ａが長穴となる。第４図に示すシース素
材６ａをＵ字状に加工したものを中央タイロッドに固着
し、中性子吸収板８ｂを収容した状態を第６図に示″ｒ
ｊ、、この場合、シース６の軸方向に隣接する各中性子
吸収板３ａ、　８ａの間に形成される１０躊程度の間隙
Ａ、Ａは、対向して配設された中性子吸収板８ｂによっ
て互いにマスキングされるように段遠い構造に構成され
る。

この場合、第５図に例示したウィングの前面部と背面部
とに形成される間ｊｉｌＡ、Ａの高さを一致させて設け
た場合と異なり、第６図の構造によれば、間隙部を通過
する中性子線が互いに対向して設けられた中性子吸収板
８ｂによってマスキングされるため、間隙部における制
御棒の反応度価値の低下を招くことが防止され、原子炉
停止余裕が低下することが回避できる。

なお、シース６内に収容する中性子吸収板８ｂの凹陥溝
１１に面する角部に、第５図および第６図に例示するよ
うに、面取加工を施工しておけば、シースの湾曲部に対
し局部的な応力が作用することが回Ｍされる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明に係る原子か用制御棒にお
いては、シース内に板状の長寿命型中性子吸収板を配設
しているため、制御棒の核的寿命が長く、長期間に亘り
連続運転を行う原子炉用制御棒として好適である。

また、中性子吸収板は、シース内の肉厚方向に対向して
複数枚配設され、その間に減速材を流通せしめる流路を
形成し、減速材による中性子減速効果を利用しているた
め、この効果に相当する分だ番ノ中性子吸収板のｆｆ１
ｆｆｉを低減させることができる。したがって、ｉ／Ｊ
　１１１棒の重量増加が可及的に抑υ１され、既設の制
御棒駆動機構を改造することなく、そのまま適用するこ
とができる。

さらに、各ウィングの軸直角方向にシースを内方に向っ
て湾曲形成した凹陥溝が設けられており、地！！ｊ等に
よって１ＩＩｌｔｌｌ棒に過大な応力が作用した場合に
おいても、シース表面に発生する変形は凹陥溝において
吸収される。したがって、わずかな間隙を介して対向す
る燃料集合体にｔ制御棒が接触してｔＩＩＩｇＢ棒の昇
降が阻害されることがな（、常に円滑な動作が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原子炉用ｖ制御棒の一実施例を部
分的に破断して示す正面図、第２図は第１図にお番ブる
■部の拡大正面図、第３図は第２図におけるシースの加
工手順を示すシースの展開図、第４図は他のシースの加
工手順を示す展開図、第５図は第１図におけるｖ−■矢
視断面図、第６図は第５図に対する凹陥溝の変形配置例
を承り断面図、第７図は本発明に係る原子炉用ｕＩ　Ｉ
ＩＩ捧の仝体斜視図、第８図は第７図における■−■矢
祝矢面断面図る。 １・・・υＩＩＩＩ棒、２・・・ハンドル、３・・・先
端構造材、４・・・末端構造材、５・・・中央タイ０ツ
ド、６・・・シース、６ａ・・・シース素材、７・・・
ウィング、８・・・中性子吸収体、８ａ・・・中性子吸
収要素、８ｂ・・・中性子吸収板、９・・・スペーサ、
１０・・・流路、１１，１１ａ、１１ｂ・・・凹陥溝、
１２．１２ａ、１２ｂ・・・切欠穴、１３・・・通水孔
、Ａ・・・間隙。 ：％４　図 Ｆａ 第、５図　　　　第６図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、先端構造材と末端構造材とを中央タイロッドによっ
   て結合し、上記中央タイロッドの各突出部に略Ｕ字状断
   面を有するシースを固設してウィングを形成し、上記シ
   ース内に板状の長寿命型中性子吸収体を収容し、前記中
   性子吸収体は中央タイロッドの軸方向に複数段の中性子
   吸収要素に分割され、各段の中性子吸収要素は前記ウィ
   ングの肉厚方向に対向して配設される複数の中性子吸収
   板で構成され、対向する中性子吸収板の間に減速材が流
   通する流路を形成する一方、前記軸方向に隣接する中性
   子吸収要素の中性子吸収板の間に形成される間隙に陥入
   するようにシースを内方に向つて湾曲形成した凹陥溝を
   各ウィングの軸直角方向に設けたことを特徴とする原子
   炉用制御棒。 ２、凹陥溝は、ウィング側端部および中央タイロッドに
   固着するシース部分に穿設された切欠穴に接続してなる
   特許請求の範囲第１項記載の原子炉用制御棒。 ３、凹陥溝は、各ウィングの全領域を上端から軸方向に
   等分に第１領域、第２領域および第３領域に分割した第
   ２領域に配設してなる特許請求の範囲１項記載の原子炉
   用制御棒。 ４、減速材の流路を介してシース内に対向して配設され
   た中性子吸収要素の軸方向に隣接する各中性子吸収板の
   間に形成される間隙は、対向する中性子吸収板によつて
   相互にマスキングされるように構成された特許請求の範
   囲第１項記載の原子炉用制御棒。 ５、中性子吸収板は、ハフニウム金属板からなる特許請
   求の範囲１項記載の原子炉用制御棒。